Acoustic Metamaterial With Air-Backed Diaphragm for Broadband Absorption: A Preliminary Study

材料科学 宽带 声学 声阻抗 带宽(计算) 超材料 谐振器 吸收(声学) 电阻抗 光学 噪声控制 波长 光电子学 计算机科学 降噪 电信 工程类 物理 电气工程 超声波传感器
作者
Qian Dong,Xiaolei Song,Subhrodeep Ray,Haijun Liu
出处
期刊:
标识
DOI:10.1115/imece2020-23928
摘要

Abstract Membrane-based acoustic metamaterials have been reported to achieve 100% absorption, the acoustic analogue of photonic black-hole. However, the bandwidth is usually very narrow around some local resonance frequency, which limits its practical use. To address this limitation and achieve a broadband absorption, this paper first establishes a theoretical framework for unit cells of air-backed diaphragms, modeled as an equivalent mass-spring-dashpot system. Based on the impedance match principle, three different approaches are numerically investigated by tuning the cavity length, the static pressure in the cavity, and the effective damping of perforated plates. A prototype with polyimide diaphragm and 3D printed substrate is then fabricated and characterized using an acoustic impedance tube. Preliminary experiments show the feasibility to achieve an absorption bandwidth of ∼200 Hz at center frequency of 1.45 kHz. This work pays the way for developing a sub-wavelength light weight broadband acoustic absorber for a variety of applications in noise control.

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